DNA-TRANSLAATIO: PROSESSI EUKARYOOTEISSA JA PROKARYOOTEISSA - BIOLOGIA - 2024

Käännös DNA on prosessi, jossa tiedot sisältyvät lähetti-RNA tuotetaan transkription aikana (kopiointi tietojen DNA-sekvenssin RNA) on "käännetty" on aminohapposekvenssi, mukaan proteiinisynteesiä.

Solun näkökulmasta geeniekspressio on suhteellisen monimutkainen tapaus, joka tapahtuu kahdessa vaiheessa: transkriptio ja translaatio.

RNS-käännös, jota ribosomi välittää (Lähde: LadyofHats / Public domain, Wikimedia Commonsin kautta)

Kaikki geenit, jotka ekspressoituvat (koodaavatko ne peptidisekvenssejä, ts. Proteiineja vai eivät) tekevät sen ensin siirtämällä DNA-sekvenssinsä sisältyvän informaation Messenger-RNA (mRNA) -molekyyliin prosessin, jota kutsutaan nimellä transkriptio.

Transkriptio saavutetaan erityisillä entsyymeillä, joita kutsutaan RNA-polymeraaseiksi ja jotka käyttävät yhtä geenin DNA: n komplementaarisista juosteista templaattina ”pre-mRNA” -molekyylin syntetisoimiseksi, joka prosessoidaan myöhemmin kypsän mRNA: n muodostamiseksi.

Proteiineja koodaavien geenien osalta kypsien mRNA: ien tiedot ”luetaan” ja muunnetaan aminohapoiksi geneettisen koodin mukaan, joka määrittelee mikä kodoni tai nukleotiditriokolmo vastaa mitä tiettyä aminohappoa.

Proteiinin aminohapposekvenssin spesifikaatio siis riippuu typpipitoisten emästen alkuperäisestä sekvenssistä DNA: ssa, joka vastaa geeniä, ja sitten mRNA: ssa, joka kuljettaa tämän tiedon ytimestä sytosoliin (eukaryoottisoluissa); prosessi, joka on myös määritelty mRNA-ohjattuksi proteiinisynteesiksi.

Koska 4 typpipohjaisen emäksen, jotka muodostavat DNA: ta ja RNA: ta, välillä on 64 mahdollista yhdistelmää ja vain 20 aminohappoa, aminohappo voi koodata eri kolmoisilla (kodoneilla), minkä vuoksi sanotaan, että geneettinen koodi on "rappeutunut" (paitsi aminohappo metioniini, jota koodaa ainutlaatuinen AUG-kodoni).

Eukaryoottinen käännös (vaihe-prosessi)

Kaavio eläimen eukaryoottisolusta ja sen osista (Lähde: Alejandro Porto Wikimedia Commonsin kautta)

Eukaryoottisoluissa transkriptio tapahtuu ytimessä ja translaatio sytosolissa, joten ensimmäisen prosessin aikana muodostuneilla mRNA: lla on myös rooli tiedon kuljetuksessa ytimestä sytosoliin, jossa solut löytyvät. biosynteettiset koneet (ribosomit).

On tärkeätä mainita, että transkription ja translaation lokeroituminen eukaryooteissa on totta ytimelle, mutta se ei ole sama organelleilla, joilla on oma genomi, kuten kloroplasti ja mitokondrio, joiden järjestelmät ovat enemmän samanlaisia ​​kuin prokaryoottisten organismien.

Eukaryoottisissa soluissa on myös sytosolisia ribosomeja, jotka ovat kiinnittyneet endoplasmisen retikulumin (karkea endoplasminen reticulum) kalvoihin, joissa tapahtuu mainitussa osastossa tapahtuvien proteiinien translaatio, jotka on tarkoitettu asetettavaksi solumembraaneihin tai jotka vaativat translaation jälkeistä prosessointia..

- mRNA: ien käsittely ennen niiden translaatiota

MRNA: t modifioidaan niiden päissä, kun ne transkriptoidaan:

- Kun mRNA: n 5'-pää tulee ulos RNA-polymeraasi II: n pinnalta transkription aikana, ryhmä entsyymejä hyökkää heti siihen entsyymien ryhmän kanssa, joka syntetisoi "hupun", joka koostuu 7-metyyliguanylaatista ja joka on kytketty nukleotidiin mRNA: n terminaali 5 ', 5' trifosfaattisidoksen kautta.

- mRNA: n 3'-päässä tapahtuu "pilkkominen" endonukleaasin avulla, joka muodostaa 3'-vapaan hydroksyyliryhmän, johon on kiinnitetty "string" tai "häntä" adeniinitähteitä (100 - 250). yksi kerrallaan poly (A) polymeraasientsyymin avulla.

"5'-huppu" ja "poly-häntä" suorittavat toiminnot mRNA-molekyylien suojaamisessa hajoamista vastaan ​​ja lisäksi toimivat kypsien transkriptien kuljettamisessa sytosolia kohti ja aloittaessaan ja lopettaen käännös, vastaavasti.

K orto ja liitos

Transkription jälkeen "primaariset" mRNA: t, joissa on molemmat modifioidut päät, edelleen läsnä ytimessä, läpikäyvät "silmukointi" -prosessin, jossa sisäiset sekvenssit yleensä poistetaan ja tuloksena olevat eksonit yhdistetään (transkription jälkeinen käsittely)., joiden avulla saadaan kypsiä kopioita, jotka poistuvat ytimestä ja saavuttavat sytosolin.

Silmukointi suoritetaan riboproteiinikompleksilla, jota kutsutaan splisiceosomiksi (spliceosom anglicism), joka koostuu viidestä pienestä ribonukleoproteiinista ja RNA-molekyylistä, jotka kykenevät "tunnistamaan" ensisijaisesta transkriptiosta poistettavat alueet.

Monissa eukaryooteissa on ilmiö, joka tunnetaan nimellä "vaihtoehtoinen silmukointi", mikä tarkoittaa, että erityyppiset transkription jälkeiset modifikaatiot voivat tuottaa erilaisia ​​proteiineja tai isotsyymejä, jotka eroavat toisistaan ​​sekvenssiensä tietyissä piirteissä.

- Ribosomit

Kun kypsät transkriptit poistuvat ytimestä ja kuljetetaan translaatiota varten sytosolissa, niitä käsittelee ribosomina tunnettu translaation kompleksi, joka koostuu RNA-molekyyleihin liittyvistä proteiinikompleksista.

Ribosomit koostuvat kahdesta alayksiköstä, yhdestä "suuresta" ja toisesta "pienestä", jotka dissosioituvat vapaasti sytosolissa ja sitoutuvat tai assosioituvat transloidun mRNA-molekyylin kanssa.

Sidos ribosomien ja mRNA: n välillä riippuu erikoistuneista RNA-molekyyleistä, jotka assosioituvat ribosomaalisiin proteiineihin (ribosomaalinen RNA tai rRNA ja siirtävät RNA: ta tai tRNA: ta), jokaisella niistä on spesifisiä toimintoja.

TRNA-molekyylit ovat molekyylisiä "sovittimia", koska yhden pään kautta he voivat "lukea" jokaisen kodonin tai triplettin kypsässä mRNA: ssa (emäskomplementaarisuuden perusteella) ja toisen kautta ne voivat sitoutua aminohappoon, jota "lue" -kodoni koodaa.

RRNA-molekyylit puolestaan ​​vastaavat kunkin aminohapon sitoutumisprosessin kiihdyttämisestä (katalysoinnista) syntymässä olevassa peptidiketjussa.

Kypsä eukaryoottinen mRNA voidaan "lukea" monilla ribosomeilla, niin monta kertaa kuin solu osoittaa. Toisin sanoen sama mRNA voi tuottaa useita kopioita samasta proteiinista.

Aloita kodoni ja lukukehys

Kun ribosomaaliset alayksiköt lähestyvät kypsää mRNA: ta, riboproteiinikompleksi "skannaa" mainitun molekyylin sekvenssin, kunnes se löytää aloituskodonin, joka on aina AUG ja johon sisältyy metioniinitähteen lisääminen.

AUG-kodoni määrittelee lukukehyksen jokaiselle geenille ja lisäksi määrittelee kaikkien luonnossa transloitujen proteiinien ensimmäisen aminohapon (tämä aminohappo eliminoidaan monta kertaa translaation jälkeen).

Pysäytä kodonit

Kolme muuta kodonia on tunnistettu sellaisiksi, jotka indusoivat translaation lopettamisen: UAA, UAG ja UGA.

Ne mutaatiot, joihin liittyy typpipitoisten emästen muutos aminohappoa koodaavassa kolmiossa, jotka johtavat lopetuskodoneihin, tunnetaan hölynpölymutaatioina, koska ne aiheuttavat synteesiprosessin ennenaikaisen pysähtymisen, joka muodostaa lyhyempiä proteiineja.

Kääntämättömät alueet

Lähellä kypsien mRNA-molekyylien 5'-päätä on transloimattomia alueita (UTR), joita kutsutaan myös ”johtosekvensseiksi” ja jotka sijaitsevat ensimmäisen nukleotidin ja translaation aloituskodonin (elokuu).

Näillä transloimattomilla UTR-alueilla on spesifiset kohdat sitoutumiseen ribosomien kanssa ja esimerkiksi ihmisillä, niiden pituus on noin 170 nukleotidia, joista joukossa on säätelyalueita, proteiineja sitovia kohtia, jotka toimivat käännös jne.

- Käännöksen alku

Translaatio, samoin kuin transkriptio, koostuu 3 vaiheesta: aloitusvaiheesta, pidentymisvaiheesta ja lopuksi lopetusvaiheesta.

aloittamista

Se koostuu translaatiokompleksin kokoonpanosta mRNA: lle, joka ansaitsee kolmen proteiinin, jotka tunnetaan nimellä Initiation Factor (IF) IF1, IF2 ja IF3, sitoutumisen ribosomin pieneen alayksikköön.

Käynnistystekijöiden ja pienen ribosomaalisen alayksikön muodostama "esialustamiskompleksi" puolestaan ​​sitoutuu tRNA: lla, joka "kantaa" metioniinitähteen, ja tämä molekyylisarja sitoutuu mRNA: hon, lähellä aloituskodonia. elokuu

Nämä tapahtumat johtavat mRNA: n sitoutumiseen suureen ribosomaaliseen alayksikköön, mikä johtaa aloitustekijöiden vapautumiseen. Suurella ribosomi-alayksiköllä on 3 sitoutumiskohtaa tRNA-molekyyleille: A-kohta (aminohappo), P-kohta (polypeptidi) ja E-kohta (poistuminen).

Kohta A sitoutuu aminoasyyli-tRNA: n antikodoniin, joka on komplementaarinen transloitavan mRNA: n kanssa; P-kohta on missä aminohappo siirtyy tRNA: sta syntyvään peptidiin ja E-kohta on missä se löytyy "tyhjästä" tRNA: sta ennen kuin se vapautuu sytosoliin aminohapon toimittamisen jälkeen.

Graafinen esitys käännöksen aloitus- ja pidentymisvaiheista (Lähde: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

pidentäminen

Tämä vaihe koostuu ribosomin "liikkeestä" mRNA-molekyyliä pitkin ja kunkin kodonin "lukemasta" translaatiosta, mikä merkitsee polypeptidiketjun kasvua tai pidentymistä syntymän yhteydessä.

Tämä prosessi vaatii tekijää, jota kutsutaan venymistekijäksi G ja energiaa GTP: n muodossa, mikä ohjaa pidentymistekijöiden siirtymistä mRNA-molekyylin suuntaan sen kääntämisen aikana.

Ribosomaalisten RNA: ien peptidyylitransferaasiaktiivisuus mahdollistaa peptidisidosten muodostumisen ketjuun lisättyjen peräkkäisten aminohappojen välillä.

päättyminen

Translaatio päättyy, kun ribosomi kohtaa jonkin päätekodonin, koska tRNA: t eivät tunnista näitä kodoneja (ne eivät koodaa aminohappoja). Vapautumistekijöinä tunnetut proteiinit myös sitoutuvat, mikä helpottaa mRNA: n irrotumista ribosomista ja sen alayksiköiden dissosiaatiota.

Prokaryoottinen käännös (vaiheet-prosessit)

Prokaryooteissa, kuten eukaryoottisoluissa, proteiinisynteesistä vastaavat ribosomit löytyvät sytosolista (mikä pätee myös transkriptionaalisiin koneisiin), tosiasia, joka sallii proteiinin sytosolipitoisuuden nopean lisääntymisen kun sitä koodaavien geenien ilmentyminen kasvaa.

Vaikkakaan se ei ole erityisen yleinen prosessi näissä organismeissa, transkription aikana tuotetut primaariset mRNA: t voivat läpikäydä transkription jälkeen "silmukoinnin" kautta. Yleisin on kuitenkin tarkkailla primaariseen transkriptiin kiinnittyneitä ribosomeja, jotka kääntävät sen samalla, kun se transkriptoidaan vastaavasta DNA-sekvenssistä.

Edellä esitetyn perusteella translaatio monissa prokaryooteissa alkaa 5'-päässä, koska mRNA: n 3'-pää pysyy kiinnittyneenä templaatti-DNA: han (ja tapahtuu samanaikaisesti transkription kanssa).

Kääntämättömät alueet

Prokaryoottiset solut tuottavat myös mRNA: ta translatoimattomilla alueilla, jotka tunnetaan nimellä "Shine-Dalgarno-laatikko" ja joiden konsensussekvenssi on AGGAGG. Kuten on ilmeistä, bakteerien UTR-alueet ovat huomattavasti lyhyempiä kuin eukaryoottisoluissa, vaikka niillä on samanlaiset toiminnot translaation aikana.

Prosessi

Bakteerissa ja muissa prokaryoottisissa organismeissa translaatioprosessi on melko samanlainen kuin eukaryoottisoluissa. Se koostuu myös kolmesta vaiheesta: aloitus, pidentyminen ja lopetus, jotka riippuvat erityisistä prokaryoottisista tekijöistä, jotka eroavat eukaryoottien käyttämistä.

Pidennys esimerkiksi riippuu tunnetuista pidentymistekijöistä, kuten EF-Tu ja EF-Ts, eukaryoottien G-tekijän sijaan.

Viitteet

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., ja Walter, P. (2007). Solun molekyylibiologia. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Kääntäminen: DNA mRNA: ksi proteiiniksi. Luontokasvatus 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, ja Miller, JH (2005). Johdanto geenianalyysiin. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… ja Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
6. Rosenberg, LE ja Rosenberg, DD (2012). Ihmisen geenit ja perimät: Tiede. Health, Society, 317-338.